作物基因工程湖南省重点实验室建设与管理的实践与思考

以当前作物基因工程湖南省重点实验室建设的现状为基础,根据学校实际情况,确定了实验室建设与发展的目标,总结了自实行首席科学家制以来取得的成效。并就如何能使实验室的建设和管理更科学、更规范,提出了一些看法。

基因工程技术在花卉中的应用

近年来花卉产业得到了蓬勃发展,不断成熟的基因工程技术为花卉的品质改良提供了新的思路,也为花卉产业化发展带来了新的机遇。本文综述了影响植物花色、花型、花期等相关基因及转基因的研究,展望了基因工程技术在花卉育种和产业化应用的发展前景。

湖南不同产区烤烟中部叶糖和有机酸含量的差异分析

为研究湖南不同产区烤烟糖和有机酸含量的差异对烟叶香气风格形成的影响,采用气相色谱法,对湖南4个不同产区郴州、邵阳、凤凰和慈利烤烟中部叶的糖和有机酸含量进行分析。结果表明:凤凰与邵阳的总糖和还原糖含量明显高于慈利和郴州,但非挥发酸含量却恰恰相反。4个产区烟叶中非挥发酸、挥发酸和有机酸总量均以慈利最高,郴州次之,凤凰最低,但凤凰的高级脂肪酸总量最高且与其他产区之间差异极显著;除丙二酸外,其他非挥发酸含量差异均达极显著水平;异丁酸、戊酸和3-甲基戊酸含量在产区间差异极显著,而丁酸差异不显著,其他绝大多数挥发酸含量产区差异较大,但4个产区间差异没有规律;慈利、凤凰和郴州这3个产区烟叶中的高级脂肪酸含量差异不大,但邵阳与这3个产区之间除肉豆蔻酸外其他成分含量差异均达显著水平。

转基因抗虫油菜中Bt杀虫蛋白基因稳定遗传和高效表达及抗虫性研究

通过对转 Bt杀虫蛋白基因油菜植株的后代进行卡那霉素抗性分析和 PCR技术检测 ,结果表明 :Bt杀虫蛋白基因是以单拷贝、杂合地整合到转基因植株 (T0 1、T0 2、T0 3、T0 5、T0 6、T0 7、T0 8)的基因组中 ,并稳定地遗传。EL ISA检测表明 :在第 3～第 9叶期 Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜植株中高效地表达 ,Bt杀虫蛋白的表达量为 170～ 2 6 0 ng/ 2 5mg鲜叶 ,占植物可溶性蛋白的 0 .0 6 7%～ 0 .10 5 % ,其抗虫效果高达 72 .0 %～ 94 .4 %。但从第 11叶期后 Bt杀虫蛋白表达量显著地降低 ,只有 7～ 5 0 ng/ 2 5 mg鲜叶 ,占植物可溶性蛋白的 0 .0 0 3%～ 0 .0 2 %。

植物GPATs基因研究进展

甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油(Triacylglycerol,TAG)生物合成的限速酶,催化TAG生物合成的起始步骤。GPATs主要负责将脂肪酰基从酰基-酰基载体蛋白(acyl-ACP)或酰基辅酶A(acyl-CoA)上转移到甘油-3-磷酸的(Glycerol-3-phosphate,G3P)sn-1位置上。有些成员还具有sn-2酰基转移活性。目前已经在多种植物中克隆得到了GPAT基因。这些GPAT基因编码的酶主要分为三类,它们在细胞中分别定位于质体、线粒体和内质网上。这些酶参与三酰甘油、几丁质和软木脂等多种脂质的生物合成,在植物的生长发育中发挥着非常重要的作用。文章介绍了植物GPAT基因的染色体定位和基因结构以及GPAT酶的亚细胞定位、sn-2酰基转移特异性、GPAT酶的底物选择性及其生理功能的最新研究进展。

甘蓝型油菜fad2基因片段的克隆和反义表达载体的构建

从甘蓝型油菜湘油 15号基因组中分离总DNA ,以此为模板进行多聚酶链式反应 (PCR)。PCR产物与克隆载体 pGEM -TEasy连接 ,经NotI酶切后插入 pBluescriptIISK +。序列测定表明 ,PCR产物为 6 5 4bp的DNA片段 ,fad2基因片段只朝 pBluescriptIISK +的T3-T7方向插入 ,经BamHI和SacI酶切后插入表达载体质粒pBI12 1相同的酶切位点 ,构建反义 fad2表达载体。

水稻抗稻瘟病基因的定位与克隆研究进展

由稻瘟病菌引起的稻瘟病是一种真菌性病害,又名稻热病,是水稻最主要的病害之一,它是水稻生产的主要限制因子之一,对世界水稻生产和粮食安全带来了极大的影响。克隆和利用稻瘟病基因被认为是最为经济、有效和环保的策略。该文主要就近年来水稻抗稻瘟病基因定位与克隆以及抗瘟基因的分子结构特点等方面取得的研究进展进行了综述,同时对抗瘟基因在水稻抗病育种中的应用提出了展望。

亚麻4CL基因克隆及RNAi遗传转化

该实验以前期克隆的亚麻4CL基因片段为靶序列,利用RACE方法克隆其全长cDNA序列(1 957bp),GenBank登录号为KC832864,该序列含有1 650bp完整的开放阅读框。系统进化树分析表明,亚麻4CL基因与盐芥4CL基因亲缘关系较近,而与禾本科的水稻(Oryza sativa)等亲缘关系最远。其编码蛋白预测分析结果显示,亚麻4CL基因由549个氨基酸组成,相对分子量为60kD,等电点为5.3,蛋白质二级结构以无规则卷曲比例最多,其次是α-螺旋。以亚麻4CL基因编码区413bp靶标序列作为干扰区段,扩增其正反向基因片段,构建植物干扰表达载体p1301M-4CL。通过农杆菌介导转入亚麻,DNA及RNA水平上分子检测发现,RNAi结构已经转入亚麻中,并显著降低了其4CL基因的表达量。

甘蓝型油菜2个GPAT6同源基因的克隆与表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油生物合成的关键酶,催化三酰甘油合成的起始步骤,在植物中参与调节生长发育、脂质的合成和逆境应答等过程。本试验通过RT-PCR从甘蓝型油菜品种湘油15中克隆得到GPAT6基因的2个拷贝,分别命名为BnGPAT6-1(GenBank登录号为KJ000117)和BnGPAT6-2(KC106728)。它们的编码区序列(coding DNA sequence,CDS)均为1506 bp,编码501个氨基酸。预测其蛋白结构N端含有一个类卤酸脱卤酶(haloacid dehalogenase-like hydrolase,HAD-like)活性结构域,C端含有一个溶血磷脂酰基转移酶(lysophospholipid acyltransferase,LPLAT)功能域。蛋白序列比对和进化树分析表明,甘蓝型油菜与白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)中的GPAT6序列相似性最高。组织表达结果表明BnGPAT6基因在花中的表达量最高,在未成熟的胚中表达量呈先升高后降低的趋势。BnGPAT6的表达受ABA的抑制;在干旱和6-BA胁迫下几乎同时升高;在盐胁迫下,短时间内升高,达到峰值后降低;在水渍条件下没有明显变化。

甘蓝型油菜油酸脱氢酶基因(fad2)多个拷贝的发现及分析

以甘蓝型油菜湘油15为材料,随机挑选56个来自基因组的fad2基因克隆、47个来自幼苗整株的fad2基因cDNA克隆和9个授粉27d后种子中fad2 cDNA克隆进行双向测序。基因组中56个fad2序列的碱基同源性为91.0%～99.9%,从中得到11个差异序列,即11个不同的fad2基因拷贝。将其翻译成氨基酸序列发现,6个拷贝在编码区中出现多个终止密码子,另外5个的同源性为90.60%～99.74%,与47个来自幼苗整株的fad2基因cDNA序列进行比较,发现fad2基因没有内含子。从种子中的9个fad2 cDNA克隆序列中找到2个有差异的cDNA,它们的编码区中没有终止密码子,说明在种子中有多个fad2基因表达。基因组中的11个拷贝根据同源性可分成两组,命名为fad2I和fad2II。RT-PCR分析发现在授粉27d的种子中fad2I有较强表达,fad2II没有表达;但在叶片中两者都有表达。

亚麻木质素合成关键酶基因表达分析

以亚麻(Linum usitatissimum)栽培品种白花为材料,采用半定量RT-PCR方法对亚麻木质素合成关键酶基因CCoAOMT1、4CL1、4CL2、COMT、F5H1、F5H2和F5H3在不同组织及不同时期木质部、韧皮部的表达规律进行了研究。结果显示,除F5H1在根部未表达外,其他基因在幼苗、根、花期木质部、花期韧皮部、叶、花和幼果中均有不同程度表达。CCoAOMT1在各部位都有较高的表达。2个4CL之间和3个F5H基因之间的部位表达的差异存在一定互补性。在韧皮部中,各基因均在幼嫩(30d)阶段表达量最低;除4CL2在花期(60d)达到表达高峰外,其他基因均在花后(70d)表达量最高;4CL1在各时期均有较强表达,而F5H3在各时期弱表达。在木质部中,除4CL1在各时期均表达弱和F5H1在花前期为表达高峰外,其余基因均在幼嫩阶段表达量最高;随后逐渐降低,在花期后表达量大幅降低;4CL1的表达量明显区别于其他基因,其各时期韧皮部的表达量明显高于木质部。

植物非生物逆境相关锌指蛋白基因的研究进展

植物能够适应多种逆境主要是通过改变其基因表达和代谢途径来实现的,因此研究这些基因表达和功能对提高植物耐逆性具有重要意义。锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子,这种结构域由锌离子与多个半胱氨酸和(或)组氨酸组成,锌离子在稳定其结构和发挥调控功能方面具有关键作用。植物锌指蛋白在植物耐逆性方面具有重要作用。本文综述了近几年来从拟南芥(Arabidopsisthaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、番茄(Solanum lycopersicum)等植物中克隆的与非生物逆境相关锌指蛋白基因的研究成果,重点阐述了其基因表达部位、受逆境诱导情况及转基因植株的耐逆性等。目前的研究结果表明锌指蛋白能够调控耐逆相关基因的表达,在植物逆境代谢中发挥重要作用,因此可以利用锌指蛋白基因进行作物耐逆性的遗传改良,提高作物的耐逆能力。

由ACC合成酶反义基因转化所得枣树其RNA表达量的测定

利用real timeRT PCR对转基因枣树中的anti ACSG的RNA表达量进行了定量测定.样品扩增产物荧光量随着扩增循环数的增加而呈现"S"形增加;经熔解曲线分析,其扩增产物中未检出非特异性产物和引物二聚体;扩增产物的CT值和模板cDNA起始浓度两者之间呈线性相关(R2=0.9929);转化体中anti ACSGRNA表达量约为4500～10300拷贝/g组织.

OsWAX2基因的植物表达载体构建及遗传转化

利用拟南芥的WAX2基因序列,BLAST检索出3个水稻同源基因,分别命名为OsWAX2-1,OsWAX2-2,OsWAX2-3,与拟南芥WAX2基因的同源性分别为56.0%,55.2%,52.0%;其预测的编码蛋白与WAX2蛋白的同源性分别为61.5%,60.5%,64.7%.这3个蛋白都存在4个跨膜结构和2个固醇去饱和酶的保守区,说明这3个蛋白质都属于跨膜蛋白,并可能与角质层的蜡质合成有关.从全长cDNA数据库检索获得了3个OsWAX2的全长cDNA.以pCAMBIA-1300-multi为载体,构建了CaMV35S启动子驱动的3个OsWAX2的过表达载体pOEOSW2-1,pOEOSW2-2,pOEOSW2-3及3个RNAi表达载体pCROSW2-1,pCROSW2-2,pCROSW2-3,并通过冻融法将6个表达载体转化到根癌农杆菌EHA105,LBA4404和GV3101中,采用农杆菌介导法进行水稻日本晴品种的遗传转化,得到了具有Hyg抗性的水稻转基因苗,PCR检测到阳性植株.

转基因抗虫油菜的ELISA分析

为选育高效抗虫油菜新品种 ,采用酶联免疫吸附法检测 Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜植株中的表达 .结果表明 ,Bt杀虫蛋白基因在转基因抗虫油菜植株的表达随植株生长时期不同而发生变化 .在第 3～ 9叶期 Bt杀虫蛋白基因稳定、高效地表达 ,Bt杀虫蛋白的表达量为 6 .6 8～ 10 .5 2 ng/ m g(以鲜叶计 ) ,占植物可溶性蛋白的0 .0 6 7%～ 0 .10 5 % .但从第 11叶期后 Bt杀虫蛋白表达量显著地降低 ,只有 0 .2 8～ 2 .0 0 ng/ mg,占植物可溶性蛋白的 0 .0 0 3%～ 0 .0 2 0 %

用磁珠富集法分离亚麻基因组微卫星分子标记

应用Dynal磁珠-生物素标记的微卫星探针(CT)15与亚麻基因组DNA酶切片段杂交,捕获300～1500bp含有微卫星序列的DNA片段,连接到pMD18-T载体中,构建富集微卫星序列的小片段插入文库。利用接头引物和根据微卫星核心序列设计的引物VRV(CT)15使用PCR方法直接对文库筛选,从422个转化子中获得了104个阳性克隆,对其进行测序分析,获得了97个微卫星序列,微卫星序列的富集效率达到22.99%,PCR扩增筛选效率93.27%。对97个微卫星序列进行比对分析,其中51个重复序列的两端序列高度相似,据其设计的特异引物对阳性克隆进行2次筛选,能淘汰相似度高的同类序列,提高筛选亚麻微卫星标记的效率。

Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜中的动态表达与其抗虫性研究

采用ELISA方法检测Bt杀虫基因在转基因油菜植株中的表达。试验结果表明 :在第 3至第 9叶期Bt杀虫蛋白基因在转基因油菜植株中稳定、高效地表达 ,Bt杀虫蛋白的表达量为 170ng/ 2 5mg～ 2 6 0ng/ 2 5mg鲜叶 ,占植物可溶性蛋白的 0 .0 6 7%～ 0 .10 5 % ,其抗虫效果高达 42 .5 %～ 80 .0 %。但从第 11叶期后Bt杀虫蛋白表达量显著地降低 ,只有 7ng/ 2 5mg～ 5 0ng/ 2 5mg鲜叶 ,占植物可溶性蛋白的 0 .0 0 3%～ 0 .0 2 %。

植物热激蛋白与作物非生物抗逆性的改良

文章就植物热激蛋白(Hsps)的种类、产生、生物学功能及其在作物抗逆性改良中的研究进展作介绍。

RNAi在植物功能基因组中的应用

植物生物学后基因组时代的主要目标就是确定植物基因组中所有基因所具有的功能。解决这个问题的一个最直接的方法就是还原或者敲除某个在正常条件下其功能能表达出一定的可观察到的表型的特殊基因。对于这方面的研究,插入突变技术就是一个可用的工具,但是基因的随机性,致死敲除,无标记的突变体都大大地限制了这种技术的利用。RNAi技术可以克服以上那些难题。它已经被广泛地应用在线虫的功能基因组上,并且所获得的有效资源还被广泛地用于植物功能基因组的分析。

3个水稻WAX2同源基因表达的组织特异性及逆境响应特征

利用拟南芥的WAX2基因序列BLAST检索出3个水稻同源基因,命名为OsWAX2-1、OsWAX2-2和OsWAX2-3,与拟南芥WAX2基因的同源性分别为56.0%、55.2%和52.0%;其预测的编码蛋白与WAX2蛋白的同源性分别为61.5%、60.5%和64.7%。这3个蛋白都分别存在4个跨膜结构区和1个甾醇去饱和酶的保守区,说明它们都属于跨膜蛋白并可能与角质层的蜡质合成有关。采用半定量RT-PCR方法检测3个OsWAX2基因在水稻不同部位的表达情况,及高温、低温、NaCl、PEG和ABA5种处理对3个OsWAX2基因在转录水平表达的影响。结果表明,3个OsWAX2基因在水稻中的表达存在时空差异,3个基因在水稻萌动的胚中表达量都很高,OsWAX2-3基因在叶中的表达量最高;3个OsWAX2基因对高温、低温、盐、干旱及ABA胁迫响应也存在差别,OsWAX2-1只在ABA处理时增强表达;OsWAX2-2受高温、低温、盐、干旱胁迫及ABA诱导并且响应迅速。这一结果为进一步研究OsWAX2基因在水稻生长发育过程及逆境胁迫下的功能与作用机制提供了参考。